黎河支流污染治理措施探討

黃立洪 孫翔宇 程 強(qiáng) 楊麗敏

（1.天津市引灤工程黎河管理處，河北 遵化 064200；2.天津市水利科學(xué)研究院，天津 300061）

1 概況

引灤入津工程是將灤河水通過潘家口水庫(kù)經(jīng)大黑汀水庫(kù)調(diào)入天津，向天津城市和周邊的塘沽區(qū)及濱海新區(qū)供水的一項(xiàng)跨流域調(diào)水工程。

灤河水從潘家口水庫(kù)，經(jīng)大黑汀水庫(kù)，穿引灤隧洞，循黎河入于橋水庫(kù)，經(jīng)暗渠入輸水明渠，注爾王莊水庫(kù)，再沿暗渠進(jìn)入天津市區(qū)，全長(zhǎng)234 km。其中黎河輸水段57.6 km，輸水設(shè)計(jì)流量60m3／s，校核流量75m3／s。

引灤入津工程是天津市賴以生存和發(fā)展的生命線，自1983年通水以來，至2010年6月已累計(jì)向天津城市供水143.45億m3，緩解了城市用水緊張情況，促進(jìn)了天津經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

其中利用黎河河道輸水是引灤輸水線路的重要組成部分。

2 黎河主要支流水質(zhì)情況

黎河主要支流有炸糕店橋下右岸、高各莊2號(hào)橋、崔家莊2號(hào)橋、西山橋、龍灣橋、前毛莊支流等。炸糕店橋、高各莊和西山橋支流沿岸有鐵選廠，水體懸浮物濃度高 （均大于1000m g／L，最高達(dá)到6300m g／L）。

2008年10月各支流的總氮全部超標(biāo)，炸糕店橋支流、高各莊支流、崔家莊2號(hào)橋支流、龍灣橋支流的有機(jī)質(zhì)濃度高，尤其龍灣橋支流排放的有機(jī)質(zhì)濃度高達(dá)156.6m g／L，造成黎河干流上、中游、下游斷面的總氮全部超標(biāo)，上游和中游斷面的懸浮物濃度高、高錳酸鹽指數(shù)超標(biāo)。

崔家莊2號(hào)橋、西山橋、龍灣橋支流監(jiān)測(cè)的有機(jī)質(zhì)、總氮、汞、鐵、錳有時(shí)超標(biāo)。

2008年10月份對(duì)黎河五條支流水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1表明，炸糕店支流中懸浮物濃度極高，而且，高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總鐵濃度也超過地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的限值；而高各莊支流污染以硝酸鹽氮、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總鐵和懸浮物為主；崔家莊支流污染以高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、總鐵和懸浮物為主，西山橋支流污染以硝酸鹽氮、總氮、總磷和總鐵為主；龍灣橋支流污染以高錳酸鹽指數(shù)、硝酸鹽氮、氨氮、總氮、總磷和總錳為主，特別是高錳酸鹽指數(shù)和總氨超標(biāo)倍數(shù)分別達(dá)到了25倍和67倍。

由此可見，黎河支流污染物超標(biāo)情況比干流嚴(yán)重，是黎河水體污染物的主要來源。

表1 黎河支流水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

3 黎河支流治理新措施生態(tài)處理技術(shù)

從近年國(guó)內(nèi)外水環(huán)境治理的發(fā)展趨勢(shì)來看，針對(duì)不同水體的水文特性、污染物來源、污染特征等，可采用單一或組合的方式凈化污染物、修復(fù)水環(huán)境，主要措施有人工濕地、曝氣、接觸氧化池、生物氧化塘、底泥疏浚等技術(shù)。

人工濕地主要是在水體的入河口或岸邊，通過因地制宜的濕地建設(shè)，截留和減少入河污染物，改善輸水河道水質(zhì)。

人工濕地對(duì)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染進(jìn)行凈化處理是一種投資低、處理能力穩(wěn)定、易于維護(hù)的生態(tài)處理方式。

通過人工濕地的人工基質(zhì)和水生植物，形成基質(zhì)——植物——微生物生態(tài)系統(tǒng)，將污染物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收、轉(zhuǎn)化、分解，以達(dá)到凈化水質(zhì)的作用。

同時(shí)，對(duì)面源及支流污染具有顯著的緩沖作用，還可為野生動(dòng)物提供棲息場(chǎng)所，可有效恢復(fù)河流的生物多樣性，改善河流水質(zhì)。

生物接觸氧化技術(shù)（生物膜法）是指在河床內(nèi)添加對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的氮、磷具有吸附特性、對(duì)微生物具有親和力的濾料，并實(shí)施適當(dāng)?shù)钠貧猓瑥亩脼V料去除水體中的懸浮物、氮、磷，由附著在濾料上的生物膜降解有機(jī)污染為主的方法。

由于特殊的載體材料具有多孔性、高比表面積，為水體中微生物、原生動(dòng)物、藻類等提供附著表面積，并形成生物膜，對(duì)水體中的污染物進(jìn)行降解轉(zhuǎn)化，同時(shí)為水體昆蟲等提供活動(dòng)及避難場(chǎng)所，因此可以起到改善水體生態(tài)系統(tǒng)狀況，提高水體自凈能力的作用。

以科技創(chuàng)新為動(dòng)力，綜合利用厭氧生物濾池技術(shù)、自然跌水增氧技術(shù)、高效溝渠凈化技術(shù)、人工濕地技術(shù)等多種生物生態(tài)治理措施對(duì)支流內(nèi)污染物進(jìn)行截留、氧化、吸收，最大限度地減少支流口污染物進(jìn)入黎河對(duì)引灤輸水水質(zhì)的污染，確保引灤輸水水質(zhì)安全。

4 工藝設(shè)計(jì)

4.1 工藝流程

根據(jù)支流水質(zhì)特點(diǎn)，采用厭氧生物濾池＋疊水曝氣＋表流濕地＋人工濕地相結(jié)合的處理工藝，綜合利用物理、化學(xué)、微生物和植物的多重作用實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的去除。處理工藝流程見圖1。

圖1 支流口治理工藝流程

（1）厭氧生物濾池。主要利用人工篩選、培養(yǎng)與馴化的多種高效厭氧微生物降解有機(jī)污染物，將其中難降解的高分子有機(jī)物分解成易生化降解的小分子有機(jī)物，提高后續(xù)生態(tài)處理單元的去除效率。

厭氧生物濾池做成地下形式，池內(nèi)填加人工多孔生物填料，替代常規(guī)污泥回流，多孔生物填料具有較大的比表面積，可為微生物提供附著載體，減少微生物的流失，降低處理成本。

（2）跌水曝氣。跌水曝氣主要是利用地勢(shì)差，通過跌水方式增大水體與空氣接觸面，并利用水體的紊流將空氣摻入水體內(nèi)部，形成微小氣泡，強(qiáng)化水體復(fù)氧，以提高水體的溶解氧含量，恢復(fù)和增強(qiáng)水體中好氧微生物的活力，使水體中的污染物質(zhì)得以降解，從而改善河流水質(zhì)。

在有地勢(shì)的地區(qū)，跌水曝氣是一種非常理想的河流污染治理措施，具有無能耗，免維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

（3）表流濕地。表流濕地技術(shù)是模擬自然濕地生態(tài)系統(tǒng)的基本原理，在河渠內(nèi)種植水質(zhì)凈化能力強(qiáng)的高等水生植物，提高支流河道的自凈能力。

表流濕地對(duì)水體的凈化機(jī)理包括：①水生植物直接吸收水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，并同化為自身的結(jié)構(gòu)組成物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的凈化；②通過呼吸輸氧作用提高根區(qū)溶解氧含量，形成良好的根際微生態(tài)環(huán)境，與微生物協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的去除；③高等水生植物通過對(duì)水流的阻擋和對(duì)顆粒物的吸附與攔截，促進(jìn)顆粒態(tài)污染物在水體中的沉降，同時(shí)，水生植物及其共生細(xì)菌構(gòu)成的多級(jí)生態(tài)系統(tǒng)分泌物，可與水體中的懸浮顆粒及膠體凝聚后沉降，快速提高了水體透明度；④水生植物還可以通過植物化感作用抑制藻類及細(xì)菌的生長(zhǎng)，部分水生植物還對(duì)汞、鉛、鎘、銅、砷、鉻、酚、苯等多種金屬及有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的富集、去除能力。

（4）攔污控制堰。在龍灣支流入黎河口處建一座攔污控制堰，攔截支流口非汛期下來的雨污水，防止非汛期支流口雨污水直接進(jìn)入黎河，導(dǎo)致引灤輸水水質(zhì)受到污染。

汛期排瀝時(shí)，雨洪水從壩頂漫流。

（5）人工濕地。人工濕地處理系統(tǒng)設(shè)在支流口附近空地內(nèi)，人工濕地處理單元采用波式流濕地結(jié)構(gòu)。

波式流人工濕地處理單元由人工基質(zhì)、水生植物和附著在基質(zhì)及植物根區(qū)的微生物組成，是一種獨(dú)特的“基質(zhì)－植物－微生物”生態(tài)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)中，植物扎根于基質(zhì)床的表層，植物根系和填料為微生物提供附著的載體，同時(shí)植物根系為微生物提供氧源，在靠近根區(qū)的填料層形成好氧區(qū)，而在遠(yuǎn)離根區(qū)的填料層形成厭氧或兼氧區(qū)，水體以波浪式流經(jīng)填料表層和底層時(shí)，反復(fù)經(jīng)過好氧、厭氧以及硝化和反硝化的過程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物和氮磷的高效去除。

與自然濕地相比，波式流人工濕地在相同面積條件下處理能力大幅度提高，能夠克服天然濕地比較脆弱的缺點(diǎn)，具有負(fù)荷率高、占地面積小、效果可靠、耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)，而且水流在填料表層以下流動(dòng)，不易滋生蚊蠅。

4.2 工程運(yùn)行方式

工程運(yùn)行方式采用串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合的方式。

其中厭氧生物濾池、表流濕地和人工濕地采用串聯(lián)方式運(yùn)行，焦耐廠排污溝污水首先通過排污溝攔污控制堰的攔截作用自流進(jìn)入?yún)捬跎餅V池，厭氧生物濾池出水返回排污溝攔污控制堰的下游，經(jīng)跌水增氧后進(jìn)入支流內(nèi)，與支流上游下泄水混合后。

支流水經(jīng)跌水增氧后進(jìn)入表流濕地內(nèi)，經(jīng)水生植物初步凈化、沉淀后再自流進(jìn)入人工濕地，人工濕地出水排入黎河。8組人工處理池采用并聯(lián)方式運(yùn)行。厭氧生物濾池、表流濕地和人工濕地均為每天24 h連續(xù)運(yùn)行。

5 效益分析

（1）生態(tài)效益。支流口治理后難降解有機(jī)物的濃度削減50%以上，可以有效減少支流對(duì)黎河輸水水質(zhì)的直接危害。

將支流水體總氮、化學(xué)需氧量、總磷、氨氮的濃度削減量均達(dá)到50%以上，懸浮物的削減總量達(dá)到80%以上。

（2）社會(huì)效益。支流口治理工程建成后，對(duì)改善黎河水生態(tài)環(huán)境、提高引灤供水水質(zhì)，保障天津市供水安全，起到一定積極的作用。

工程可達(dá)到建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村對(duì)農(nóng)村環(huán)境保護(hù)提出的目標(biāo)，促進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，可以加快小城鎮(zhèn)建設(shè)，使之健康有規(guī)范地發(fā)展，增強(qiáng)人們的環(huán)境意識(shí)，走可持續(xù)發(fā)展之路，工程的社會(huì)效益顯著。

6 結(jié) 語

支流口治理工程是黎河綜合治理工程的延伸和引灤文化風(fēng)景一條線建設(shè)的有益補(bǔ)充。

實(shí)施后將改善黎河的輸水環(huán)境、減少水質(zhì)污染。為引灤工程也為當(dāng)?shù)貛砹己玫纳鐣?huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，為實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展提供保障?？梢云鸬搅送怀鲋攸c(diǎn)，示范帶動(dòng)的作用，取得經(jīng)驗(yàn)后可以很好地指導(dǎo)開展黎河輸水河道水源保護(hù)工程。